DE584404C

DE584404C - Piston seal, especially for powder combustion engines

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Publication number: DE584404C
Application number: DEP62237D
Authority: DE
Original assignee: RUDOLF PAWLIKOWSKI DIPL ING
Current assignee: RUDOLF PAWLIKOWSKI DIPL ING
Priority date: 1931-02-07
Filing date: 1931-02-07
Publication date: 1933-09-19

Description

Bur. Ind. EigendomBur. Ind. Self-dom

. 19 OCT. 1933. 19 OCT. 1933

AUSGEGEBEN AM
19. SEPTEMBER 1933ISSUED ON
SEPTEMBER 19, 1933

Die Erfindung bezieht sich auf eine neue Zusammenstellung von im einzelnen bekannter Formen von Kolbenringen zu einer insbesondere für Pulverbrennkraftmaschinen geeigneten Kolbendichtung, bei der mindestens zwei Kolbenringe in einer gemeinsamen Nut liegen.The invention relates to a new set of known in detail Forming piston rings into one particularly suitable for powder combustion engines Piston seal in which at least two piston rings lie in a common groove.

Bei der bekannten Anordnung zweier Kolbenringe in einer gemeinsamen Nut hat man die Stoßstellen beider Ringe entweder beide radial zur Kolbenachse (wie Nut ίο, Abb. 2) oder beide Stoßstellen der zwei Ringe parallel zur Kolbenachse (wie Nut 5 und 4, Abb. 2) ausgeführt.In the known arrangement of two piston rings in a common groove one has the joints of both rings either both radially to the piston axis (like groove ίο, Fig. 2) or both joints of the two rings parallel to the piston axis (like groove 5 and 4, Fig. 2).

Beide Ausführungen dichten die Arbeitsgase der Druckseite nicht richtig nach außen ab, denn bei radial geschlitzten Doppelringen finden' die Druckgase den Weg nach dem hinteren Ringraum 23 (Abb. 4) frei in der radialen Stoßfuge des oberen Ringes. Falls nun der untere Ring ebenfalls radial geschlitzt ist, so strömen die Druckgase vom aufgefüllten Ringraum 23 ohne wesentliche Abbremsung durch die radiale Stoßfuge des unteren Ringes nach dem nächsten äußeren Ringraum 24 ab.Both versions do not properly seal the working gases on the pressure side to the outside because with radially slotted double rings, the compressed gases find their way to the rear annulus 23 (Fig. 4) free in the radial butt joint of the upper ring. If Now the lower ring is also slotted radially, so the pressurized gases flow off filled annulus 23 without significant braking by the radial butt joint of the lower ring to the next outer annular space 24 from.

Wenn aber nach jener zweiten bekannten Bauart der obere Doppelring die parallele Stoßfuge 4, 5 (Abb. 2) besitzt, strömt der abzudichtende Arbeitsdruck durch 5 auf die Dichtzunge 2 und hebt dieselbe von der vorderen Dichtzunge 3 ab. Der hintere Ringraum 23 füllt sich also ebenfalls mit dem Arbeitsdruck von 21 aus auf. Dann verschließt die parallele Stoßfuge des unteren Dichtringes 1 dem Überdruck in 23 seinen Ausströmweg nach 24. Durch das Abheben der Dichtzuge 2 wird aber auch der ganze die Dichtzunge 2 tragende Endteil des vollen Kolbenringes etwas von der Zylinderwand mit abgehoben. An dieser Abhubstelle preßt sich dadurch Asche zwischen diesen Ring und der Zylinderwand ein. Diese Asche verhindert das dichte Anliegen des Ringes und wirkt außerdem schleifend. Durch diese undichten Stellen fegen allmählich immer mehr mit Asche beschwerte Druckgase durch, so daß sich diese Leckstellen selbsttätig in steigendem Maße ausschleifen und erweitern.But if, according to that second known design, the upper double ring is the parallel Butt joint 4, 5 (Fig. 2), the working pressure to be sealed flows through 5 to the Sealing tongue 2 and lifts the same from the front sealing tongue 3. The rear annulus So 23 also fills up with the working pressure of 21. Then locks the parallel butt joint of the lower sealing ring 1 to the overpressure in 23 his Ausströmweg after 24. By lifting the sealing pull 2 but also the whole the end part of the full piston ring carrying the sealing tongue 2 slightly from the cylinder wall with lifted off. As a result, ash is pressed between this ring and at this lifting point the cylinder wall. This ash prevents the ring from being tight and also has an abrasive effect. Through this leaking Areas gradually sweep through more and more pressure gases laden with ash, so that these leaks increase automatically Grind and expand dimensions.

Die Erfindung besteht nun darin, daß der mit einer Stoßfugenfläche radial zur Hubachse ausgeführte Kolbenring auf der Druckseite und der mit einer Stoßfugenfläche parallel zur Hubachse ausgeführte Ring auf der der Druckseite abgekehrten Seite der Nut angeordnet wird. Diese- Vereinigung zweier Kolbenringe in einer Nut hält die Arbeitsgase vollkommen auf dem Abstömweg vom Druckraum nach außen auf. Die ausschleifende Wirkung der staubhaltigen Undichtigkeitsströme auf das Metall wird 'also vermieden und dadurch eine längere Haltbarkeit der Laufflächen und Verbilligung des Betriebes erzielt. Diese neue Kombination hat aber außerdem den besonderen Vorteil, daß sie auf dem entgegengesetzten Weg die ein-The invention consists in the fact that the one with a butt joint surface is radial to the stroke axis executed piston ring on the pressure side and the one with a butt joint surface parallel to the stroke axis executed ring on the side of the groove facing away from the pressure side is arranged. This union of two piston rings in one groove keeps the working gases completely on the way from the Pressure chamber to the outside. The grinding effect of the dust-laden leakage streams on the metal is avoided and thereby a longer shelf life of the running surfaces and cheaper operation achieved. However, this new combination also has the particular advantage that it

gedrungenen Druckgase aus dem hinteren Ringraum 23 (Abb. 4) fast unbehindert und schnell wieder nach dem Feuerraum abströmen läßt, wenn der Auspuffhub einsetzt und der Kolben wieder von unten nach oben die Auspuffgase ausschiebt.compressed gases from the rear annular space 23 (Fig. 4) almost unhindered and can flow quickly back to the combustion chamber when the exhaust stroke begins and the piston pushes out the exhaust gases again from bottom to top.

Die Kolbenringe und die Laufseele nutzen sich nämlich hauptsächlich dadurch ab, daß die Kolbenringe von ihrem hinteren Ringraum 23 durch Undichtigkeiten Überdruck bekommen, welcher diese Ringe an die Zylinderwand anpreßt. Um nun die Abnutzung möglichst klein zu machen, muß dieser Überdruck vom Hinterraum möglichst schnell und X5 unabgebremst am Ende der Expansion bei Beginn des Ausschubhubes nach dem Zündraum zu durch alle Kolbenringe abströmen können. Das läßt sich aber nur erreichen, wenn der obere Doppelring durch radialen ao Stoß mit dem Zündraum der Maschine in nahezu offener Verbindung bleibt.The piston rings and the liner mainly wear out because the piston rings get overpressure from their rear annular space 23 due to leaks, which these rings to the cylinder wall presses on. In order to make the wear as small as possible, this overpressure must from the rear area as quickly as possible and X5 unabated at the end of the expansion Beginning of the extension stroke after the ignition chamber to be able to flow through all piston rings. But that can only be achieved when the upper double ring is in almost open connection remains.

Man wird stets mehrere Kolbennuten übereinander anwenden und schafft dadurch zwischen ihnen auch äußere Ringräume, welche also zwischen Zylinderwand und Kolben und dem unteren Doppelring der höher liegenden Kolbennut und dem oberen Doppelring der nächstfolgenden Kolbennut begrenzt werden. Die Doppel ringe einer Kolbennut müssen also als selbsttätig arbeitende Absperrückschlagorgane ausgebildet sein; sie müssen sich durch die hochgespannten nach außen strebenden Zündgase schließen und ihnen den Weg versperren, andererseits aber die Undichtgasdrücke jener äußeren Ringräume möglichst ungehindert beim Kolbenrückgang, also währen des Auspuffhubes, nach dem Arbeitsraum zu wieder zurückströmen lassen. Diese Forderung erfüllten aber nur dann die Doppelringe, wenn sie nach der vorliegenden Erfindung beim oberen Doppelring, welcher also nach dem Arbeitsraum zu in der Kolbennut liegt, durch radialen Stoß immer in nahezu offener Verbindung nach dem Zünddruckraum zu stehen, während der untere Doppelring durch seine Federzunge 2 (Abb. 2 und 9) als selbsttätiges Rückschlagorgan die nach unten zu strömenden Zünddruckgase abschließt, sie aber andererseits aus dem äußeren Ringraum nach dem Arbeitszylinder zu, also auf entgegengesetztem Weg, fast unverändert durchläßt.You will always use several piston grooves on top of each other and thus create between they also have outer annular spaces, which are between the cylinder wall and piston and the lower double ring of the higher-lying one Piston groove and the upper double ring of the next piston groove are limited. The double rings of a piston groove must therefore be used as an automatically operating shut-off device be trained; they have to strive outward through the high tension Close ignition gases and block their way, but on the other hand the leaking gas pressures those outer annular spaces as unhindered as possible when the piston retracts, i.e. during the exhaust stroke, after the working space to let flow back again. However, this requirement was only met by the double rings if, according to the present invention, at the upper double ring, which is after the working space in the piston groove is always in an almost open connection to the ignition pressure chamber due to radial impact to stand, while the lower double ring by its spring tongue 2 (Fig. 2 and 9) as an automatic non-return device seals off the ignition pressure gases that are to flow downwards, but on the other hand they lead from the outer annular space to the working cylinder, so on the opposite path, almost unchanged.

Diese Kombination eines oben radial undThis combination of a top radial and

eines unten parallel geschlitzten Kolbenringesa piston ring with a parallel slit at the bottom

. 55 erfüllt nur dann ihre Doppelaufgabe, von oben die Gase abzuschließen, von unten nach.. 55 only then fulfills its dual task of closing off the gases from above, from below.

oben strömende aber durchzulassen, wenn beide Doppelringe sich mit ihrer Stoßstelle nicht übereinanderstellen, sich also nichtbut let through above flowing when both double rings meet with their joint do not stand on top of each other, i.e. not one another

Sq gegenseitig verdrehen können. Dabei müssen aber die Ringenden in ihrer Federwirkung unbehindert bleiben und sich gleichmäßig an· die Zylinderwand anlegen können.Sq can twist each other. Have to but the spring action of the ring ends remains unhindered and adapts evenly to can create the cylinder wall.

Am besten wird dies erreicht, wenn beide Ringe sich durch eine oder mehrere Nasen verriegeln. Dann können diese zwei Ringe auch ungehindert in der Kolbennut zusammen sich verdrehen, wodurch die Zylinderseele rund erhalten und die Auflagefläche des unteren Kolbenringes 1 auf seiner Unterfläche dauernd als eine Ebene erhalten werden kann und sich nicht einseitig an seiner Stoßstelle abnutzt.This is best achieved when both rings go through one or more noses lock. Then these two rings can also unhindered in the piston groove together twist, making the cylinder core round and the bearing surface of the lower piston ring 1 can be permanently obtained as a plane on its lower surface and does not wear out on one side at its joint.

Die Erfindung ist in den Abb. 1 bis, 3 an schaubildlich gezeichneten Ringen dargestellt. Die Abb. 4 bis 9 erläutern Einzelheiten und zeigen die Ringe teils im Schnitt, teils Ringausschnitte in Ansicht. Abb. 6 ist ein Querschnitt der Abb. 7 nach Linie A-B. Abb. 8 ist ein Querschnitt nach Linie C-D der Abb. 9.The invention is shown in Figs. 1 to 3 on diagrammatically drawn rings. Figs. 4 to 9 explain details and show the rings partly in section, partly ring sections in view. Fig. 6 is a cross-section of Fig. 7 along line AB. FIG. 8 is a cross-section along line CD of FIG. 9.

Abb. ι zeigt einen Kolbenring 1 mit parallel zur Kolbenachse X-Y ausgeführter Stoßfuge 4, 5. Dieser Ring wird nach Abb. 2 mit einem Ring 7 mit radial zur Kolbenachse ausgeführten Stoßfugen 10, 11 verwendet, und zwar wird der Ring 1 unter dem Ring 7 angeordnet, wenn die Druckseite oben liegt, wie bei den Abbildungen angenommen werden soll. Der Ring 1 (Abb. 1) besitzt vorteilhaft seinem Axialstoß 4, 5 gegenüber eine Nase 6 auf der oberen Horizontalfläche. Diese Nase kann in die Stoßfuge 11 des oberen Ringes 7 'zu liegen kommen und sichert den unteren Ring i, sich gegen den oberen Ring 7 zu verdrehen. Der Stoßlappen 9 des oberen Ringes 7 muß dann etwa um die Nasenbreite 6 kürzer gemacht werden. Beide Lappen 8 und 9 müssen aber derart lang ausgeführt sein, daß eine genügende Überdeckung zustande kommt.Fig. 1 shows a piston ring 1 with a butt joint 4, 5 made parallel to the piston axis XY . This ring is used according to Fig arranged when the print side is up, as should be assumed in the illustrations. The ring 1 (Fig. 1) advantageously has its axial joint 4, 5 opposite a nose 6 on the upper horizontal surface. This nose can come to rest in the butt joint 11 of the upper ring 7 'and secures the lower ring i to rotate against the upper ring 7. The joint flap 9 of the upper ring 7 must then be made shorter by approximately the width of the nose 6. Both tabs 8 and 9 must, however, be made so long that a sufficient overlap is achieved.

Man kann aber bei der Anordnung der verschieden geschlitzten Ringe gemäß der Erfindung den oberen Ring 7 an seiner unteren Horizontalfläche mit einer Nase 14 versehen, die in den Vertikalstoß 5 des unteren Ringes 7 eingreift (Abb. 2). Die Höhe der Nase 14 ist entweder gleich der Ringhöhe 1 oder auch etwas kürzer, also etwa nur halb .in den Stoß 5 hineinragend. Eine Schwächung des Ringes ι durch Querschnittsverminderung durch den Einschnitt der Nase 14 tritt bei den Ausführungen gemäß der Erfindung nicht ein. Anstatt die Nase 14 nach Abb. 2 am oberen Ring 7 anzuordnen, kann man eine entsprechende Xase auch am unteren Ring 1 anbringen, wie Abb. 3 zeigt. Bei dem Kolbenring 7 mit Radialstoß kann man bei der Zusammenstellung gemäß der Erfindung die Überkippung 8, 9 nämlich überhaupt sparen. Es ist nur notwendig, die äußere Stoßfuge 5 des unteren Ringes 1 durch den oberen Ring abzudecken. Diebeiden Ringenden 15 und ιό stoßen stumpf gegeneinander, lassen aberWith the arrangement of the differently slotted rings according to the invention, however, the upper ring 7 can be provided on its lower horizontal surface with a nose 14 which engages in the vertical joint 5 of the lower ring 7 (Fig. 2). The height of the nose 14 is either the same as the ring height 1 or also slightly shorter, that is to say only half protruding into the joint 5. A weakening of the ring ι by reducing the cross section through the incision of the nose 14 does not occur in the embodiments according to the invention. Instead of arranging the nose 14 according to Fig. 2 on the upper ring 7, you can also attach a corresponding Xase on the lower ring 1, as Fig. 3 shows. In the case of the piston ring 7 with a radial joint, the tipping over 8, 9 can be saved at all in the assembly according to the invention. It is only necessary to cover the outer butt joint 5 of the lower ring 1 by the upper ring. The two ring ends 15 and ιό butt butt against each other, but leave

zwischen sich Platz für die Sicherungsnase 6 des unteren Ringes i. Der obere Ring 7 kann die bekannte Stiftsicherung im Kolbenkörper erhalten. Es kann aber die Nase 6 auch nur halb so hoch als der Ring 7 ausgeführt werden. In die obere freie Hälfte kann dann eine Sicherungsnase 13 ähnlich Abb. 7 einfassen. Die Abb. 3 zeigt noch eine billige Ausführungsform des achsparallel geschlitzten unteren Ringes 1. Der Ring ist an Stelle des schmalen Lappens 2 innen auf dem Teil 17 ausgeschnitten und der Stoß 5 einfach durchgeschnitten. An dem schmalen ausgeschnittenen Ringende 18 ist der Lappen 2 in den Ringausschnitt 17 in irgendeiner Weise, in der Zeichnung beispielsweise durch einen Stift 20, befestigt.between them space for the securing lug 6 of the lower ring i. The upper ring 7 can get the well-known pin lock in the piston body. But the nose 6 can only do it half as high as the ring 7. In the upper free half can then a Surround the locking lug 13 similar to Fig. 7. Fig. 3 shows another cheap embodiment of the axially parallel slotted lower ring 1. The ring is in place of the narrow flap 2 cut out on the inside of part 17 and the joint 5 simply cut through. At the narrow cut-out ring end 18, the tab 2 is in the Ring section 17 in any way, in the drawing for example by a Pin 20 attached.

Im Kolbenkörper 12 ist nach Abb. 7 ein Zapfen 13 eingesetzt, der in die Stoßfuge 10 des oberen Ringes 7 eingreift und eine Länge gleich der Höhe des Lappens 8 hat; also wenn der Ring 7 in der Hälfte geschlitzt ist, ragt der Zapfen 13 bis zur Hälfte des Ringes 7 hinein. In ähnlicher Weise kann natürlich auch der untere Ring gegen Drehen gesichert werden. Dann brauchen die beiden Ringe einer Xut gegeneinander selbst keine Verdrehsicherung zueinander bekommen.According to FIG. 7, a pin 13 is inserted in the piston body 12, which is inserted into the butt joint 10 the upper ring 7 engages and has a length equal to the height of the tab 8; So if the ring 7 is slotted in half, the pin 13 protrudes up to half of the ring 7 into it. In a similar way, of course, the lower ring can also be secured against turning will. Then the two rings of a Xut do not need any anti-twist protection against each other get to each other.

Die Ausführung nach Abb. 8 und 9 unterscheidet sich dadurch von der Abb. 2, daß bei ihr die Nase 14 in die innere Stoßfuge 4 nächst der Kolbenwand einfaßt, während bei Abb. 2 die Nase 14 in die äußere, nächst der Zylinderwand gelegene Stoßfuge 5 des unteren Ringes 1 eingreift.The design according to Fig. 8 and 9 differs from Fig. 2 in that at her nose 14 in the inner butt joint 4 next to the piston wall, while at Fig. 2 the nose 14 in the outer, next to the cylinder wall butt joint 5 of the lower Ring 1 engages.

Die Nase 14 ist so breit als der Lappe 2 bzw.3 (Abb. 2) des unteren Kolbenringes 1. so daß sie genau in die Stoßfuge 4 bzw. 5 hineinpaßt. Der äußere Lappen 3 des achsparallel geschlitzten Kolbenringes 1 ist um die zulässige Abnutzung im Betriebe breiter als der innere Lappen c; also b = ca 2 c (Abb. 4).The nose 14 is as wide as the flap 2 or 3 (Fig. 2) of the lower piston ring 1, so that it fits exactly into the butt joint 4 or 5. The outer lobe 3 of the axially parallel slotted piston ring 1 is wider than the inner lobe c by the allowable wear in operation; so b = approx 2 c (Fig. 4).

Die Kolbendichtung gemäß der Erfindung hält vollkommen dicht. Verfolgt man den Weg der Druckgase, so können diese zwar wie bei jeder der üblichen Kolbendichtungen aus dem Ringraum 2χ (Abb. 4) durch die niemals ganz dichte Fuge 22 (weil die Druckgase die mit Spiel eingelegten Ringe 1, 7 nach unten pressen) und die Stoßfuge 10 (Abb. 5) in den Ringraum 2^ (Abb. 4') hinter die Ringe treten, aber von hier aus nicht weiter in den nächsten Ringraum 24 zwischen Zylin-(lerwaud 25 und Kolbenkörper 12; denn der untere Ring 1 liegt unter dem Druck der Arbeitsgase oder der Luftverdichtung beinahe um seine ganze Ringbreite (£> -f- c) auf dem Kolbenkörper 12 fest auf und besitzt infolge seiner senkrecht in der Abb. 4 bzw. parallel zur Hubachse liegenden Auflagefläche 26 der Lappen 2 und 3 keinen Durchtrittskanal für die Druckgase nach dem Ringraum 24. Erfahrungsgemäß- nutzt sich die Auflagefläche b -j- c des unteren Ringes 1 im Kolbenkörper ab. Es kann dann vorkommen, daß der untere Ring 1 nicht mehr ganz dicht aufliegt. Dies ist die einzige Möglichkeit, wodurch die Kolbendichtung gemäß der Erfindung vielleicht einmal undicht werden könnte, und deshalb muß diese Auflage besonders zweckentsprechend ausgebildet sein. Man verwendet vorteilhaft einen bekannten Einlegering 27. Damit die Abnutzung außerdem fast ganz ausgeschlossen wird, können die Ringe 1 und 7 und auch der Einlegering 27 aus Hartstahl hergestellt werden, also insbesondere aus dem an sich .bekannten Schnelldrehstahl sowie aus härtbaren Legierungsstahlsorten (z. B. Wolframkarbid, wolframhaltigen Gemischen mit Zusätzen von Chrom, Vanadium, Titan u. dgl.). Die Hartmetallteile zerdrücken die zwischen sie gelangten weniger harten Staubstolte, werden aber von diesen selbst wenig oder gar nicht abgenutzt. ■The piston seal according to the invention holds perfectly tight. If one follows the path of the compressed gases, they can indeed, as with any of the usual piston seals, out of the annular space 2χ (Fig. 4) through the joint 22 that is never completely tight (because the compressed gases press the rings 1, 7, which are inserted with play, downwards) and the butt joint 10 (Fig. 5) into the annular space 2 ^ (Fig. 4 ') behind the rings, but from here not further into the next annular space 24 between cylinder (lerwaud 25 and piston body 12; because the lower ring 1 under the pressure of the working gases or the compression of air lies firmly on the piston body 12 over almost its entire ring width (£> -f- c) and, due to its contact surface 26, which is perpendicular in Fig. 4 or parallel to the stroke axis, has the tabs 2 and 3 no passage channel for the compressed gases after the annular space 24. Experience shows that the bearing surface b- j- c of the lower ring 1 in the piston body wears out Possibility of wodurc h the piston seal according to the invention could perhaps one day leak, and therefore this support must be designed particularly appropriately. It is advantageous to use a known insert ring 27. In order to prevent wear and tear almost entirely, the rings 1 and 7 and also the insert ring 27 can be made of high-carbon steel, in particular of the known high-speed steel as well as of hardenable types of alloy steel (e.g. . Tungsten carbide, mixtures containing tungsten with additions of chromium, vanadium, titanium and the like). The hard metal parts crush the less hard dust stole that has got between them, but they themselves wear little or no wear. ■

Claims

Patent claims:

1. Piston seal with at least two superposed in a common groove Piston rings, in particular for powder combustion engines, characterized in that that the one piston ring (7) with radial to the stroke axis lying butt joint (10, 11) on the pressure side and the ring (1) having a butt joint (4, 5) parallel to the stroke axis on the The pressure side is arranged on the opposite side of the piston ring groove and an anti-rotation device is provided for the two rings is.

2. Piston seal according to claim 1, characterized in that the lower ring (1) a nose (6) preferably opposite its joint (4, 5, 26) its upper surface facing the combustion chamber, which is in the joint of the upper Ring (7) engages (Fig. 1, 3, 5).

3. Piston seal according to claim r, characterized in that the upper ring (7) with a downwardly directed nose (14) in the joint (4, 5) of the lower ring engages (Fig. 2, 8, 9).

4. Piston seal according to claim 1 to 3, characterized in that the radial thickness (Jj) of the outer joint lobe (3) of the lower ring (1) is thicker by the permitted wear * than the inner joint lobe (2) is carried out (Fig . 4). ·

5. Piston seal according to claim 1, characterized in that the stroke parallel Butt joint surface on one part only

(ι7) the inner piston ring surface executed is (Fig. 3).

6. Piston seal according to claim 1 to 5, characterized in that the Rings (1, 7, 27) made of hard steel, in particular from the high-speed steel known per se, hardening alloy steels (e.g. tungsten carbide, tungsten-containing Mixtures with chromium, vanadium, titanium and similar additives) exist.

1 sheet of drawings